DEPARTAMENTO DE ELCTRICA Y ELECTRNICA
CONTROL ELECTRNICO DE POTENCIA
TEMA: CONVERSOR AC/DC Y ARRANCADOR SUAVE PARA DISTINTAS
CARGAS
PROFESOR: Ing. Franklin Silva
INTEGRANTES: Vernica LunaAlex SantanaCristian Hernndez
Latacunga, 12 de enero del 2015ContenidoTEMA:4OBJETIVO
GENERAL:4OBJETIVOS ESPECFICOS:4RESUMEN:4ABSTRACT:4MARCO
TERICO:4CONVERSORES AC/DC4CONTROL POR NGULO DE FASE5CARGA
RESISTIVA5CARGA RESISTIVA-INDUCTIVA6CARGA
RESISTIVA-INDUCTIVA-FUENTE7ARRANCADOR
SUAVE7OPTOACOPLADORES8MATERIALES:9PROCEDIMIENTO:9ANLISIS DE
RESULTADOS:10CONCLUSIONES:19RECOMENDACIONES:19REFERENCIAS:19
Figura 1 Conversor AC/DC no controlado con carga
resistiva6Figura 2 Seal del Vo(t) y la I(t) del conversor AC/DC con
carga resistiva7Figura 3 Conversor AC/DC no controlado con carga
resistiva inductiva7Figura 4 Conversor AC/DC no controlado con
carga resistiva inductiva8Figura 5 Conversor AC/DC no controlado
con carga resistiva-inductiva-fuente8Figura 6 Implementacin del
circuito10Figura 7 Conversor AC/DC de media onda controlado12Figura
8 Formas de onda del conversor AC/DC de media onda con carga
resistiva simulada12Figura 912Figura 1013Figura 1113Figura
1213Figura 13 Formas de onda del conversor AC/DC de media onda con
carga resistiva-inductiva simulada14Figura 1414Figura 1514Figura
1615Figura 1715Figura 18 Formas de onda del conversor AC/DC de
media onda con carga resistiva-inductiva-fuente simulada15Figura
1916Figura 2016Figura 2116Figura 22 Conversor AC/DC onda completa
sin diodo de conmutacin17Figura 23 Conversor AC/DC onda completa
con diodo de conmutacin17Figura 24 Formas de onda del conversor
AC/DC de onda completa con carga resistiva simulada18Figura
2518Figura 2618Figura 27 Formas de onda del conversor AC/DC de onda
completa con carga resistiva-inductiva simulada19Figura 2819Figura
29 Formas de onda del conversor AC/DC de onda completa con carga
resistiva-inductiva-fuente simulada19Figura 3020
Capuma, I. O. (s.f.). Recuperado el 24 de noviembre de 2014, de
http://docentes.uto.edu.bo/ocondoric/wp-content/uploads/TEMA_6.pdfCARIPITO.
(1995). Recuperado el 24 de noviembre de 2014, de
http://html.rincondelvago.com/motores-universales.htmlRashid, M.
(1993). Electrnica de Potencia. Circuitos, dispositivos y
aplicaciones. Pretice Hall.Rosenberg, R. (s.f.). Recuperado el 24
de noviembre de 2014, de
http://papeo5.260mb.net/ELECTRONICA%20DE%20POTENCIA%20(CIVIL)/Libros/TEMA-6%20EP%20(v1).pdf
TEMA:DISEO E IMPLEMENTACIN DE CONVERSORES AC/DC CONTROLADOS DE
MEDIA ONDA Y ONDA COMPLETA PARA CONTROLAR LA POTENCIA ENTREGADA A
DIFERENTES TIPOS DE CARGAS. OBJETIVO GENERAL:Disear e implementar
conversores ac/dc controlados de media onda y onda completa para
controlar la potencia entregada a diferentes tipos de cargas.
OBJETIVOS ESPECFICOS: Investigar el funcionamiento de un Conversor
AC/DC para diferentes tipos de cargas. Visualizar el comportamiento
de un Conversor AC/DC ante diferentes tipos de cargas. Realizar el
dimensionamiento de los semiconductores que intervienen en el
circuito de un Conversor AC/DC Disear e implementar el Conversor
AC/DC para el control de potencia. Analizar las formas de onda para
el Conversor AC/DC de media onda y onda completa. Analizar las
formas de onda de corriente y voltaje de los diferentes tipos de
cargas para lo diferentes circuitos implementados. RESUMEN:En este
trabajo se realiza una investigacin sobre conversores AC/DC
controlado de media onda y onda completa, con el objetivo de
observar y analizar las formas de onda de voltaje y corriente en
los diferentes tipos de carga ya sea resistiva, resistiva-inductiva
y resistiva-inductiva-fuente, adems dichos circuitos sern
implementados con y sin diodo de conmutacin observando la
diferencia que existe a la salida en el conversor.Cabe recalcar que
pese a las diferentes cargas pueden obligar a los elementos
semiconductores (SCRs) a conducir ms de lo deseado dando como
resultado afectar a los requerimientos del funcionamiento necesario
del conversor a nivel de industria.ABSTRACT:In this paper an
investigation of AC / DC converters controlled half-wave and
full-wave is performed, in order to observe and analyze the
waveforms of voltage and current in the various kinds of cargo
either resistive resistive-inductive and resistive
-inductiva-source, such circuits will also be implemented with
switching diode without observing the difference to the converter
output.It should be noted that despite the different loads may
force the semiconductor elements (SCR's) to drive than desired
resulting affect performance requirements necessary level converter
industry.MARCO TERICO:CONVERSORES AC/DCLos conversores
(rectificadores) AC-DC con conmutacin natural, son circuitos que
permiten obtener potencia DC a partir de una Fuente de AC. La
operacin de un conversor AC-DC est basado en el encendido y apagado
de los elementos rectificadores, los cuales son generalmente diodos
y/o tiristores. El uso de tiristores como rectificadores a los
cuales se les puede retardar en su activado, dan la posibilidad de
obtener un voltaje variable DC en los terminales del conversor. La
eleccin de un tipo de conversor para una determinada aplicacin
depende de ciertos criterios tales como: - Naturaleza o tipo de la
fuente de alimentacin. - Rizado de la corriente de carga. -
Armnicos inyectados en la lnea. - Rango de voltaje de salida DC.,
etc. (Rashid, 1993)CONTROL POR NGULO DE FASEUno de los mtodos ms
comunes para variar el valor eficaz de una tensin alterna es por
medio del llamado control por ngulo de fase, donde, dado un
semi-ciclo de la red, el interruptor se acciona o dispara en un
determinado ngulo, haciendo que la carga est conectada a la entrada
por un intervalo de tiempo menor o igual a un semi-ciclo.
Dicho de otro modo, el control por ngulo de fase, como su propio
nombre indica, est basado en la regulacin del ngulo de disparo de
los tiristores. Usualmente se habla de ngulo de disparo, o ngulo de
fase , como el instante de tiempo (expresado en grados) a partir
del paso por cero de la tensin de entrada en el que se dispara un
tiristor. Para el caso de una carga resistiva, el ngulo de disparo
puede valer entre 0 y 180.
Los valores de tensin, corriente y potencia en la carga
dependern, no solo del ngulo de disparo, como tambin del tipo de
carga alimentada, como se ver a continuacin en la figura 2.
(Rashid, 1993)CARGA RESISTIVAEste circuito slo rectifica la mitad
de la tensin de entrada o sea, cuando el nodo es positivo con
respecto al ctodo. Podemos considerarlo como un circuito en el que
la unidad rectificadora est en serie con la tensin de entrada y la
carga.
Figura 1 Conversor AC/DC no controlado con carga resistivaEl
funcionamiento consiste en tomar de la red una seal sinusoidal de
valor medio nulo, y proporcionar a la carga, gracias al diodo, una
forma de onda unidireccional, de valor medio no nulo como se
aprecia en la figura 2. (Rashid, 1993)
Figura 2 Seal del Vo(t) y la I(t) del conversor AC/DC con carga
resistiva
CARGA RESISTIVA-INDUCTIVAPara 0 < t < t1: Durante este
intervalo el diodo conducir y el valor de la tensin en la carga
ser:
y se cumplir la siguiente ecuacin,
Al resolver la diferencial obtenemos el valor de iC; la solucin
puede obtenerse expresando la corriente como la suma de la
respuesta forzada (if) y la respuesta natural (il). La respuesta
forzada para esta aplicacin, es la corriente existente despus de
que la respuesta natural haya decado a cero. En este caso es la
corriente sinusoidal de rgimen permanente que existira en el
circuito si el diodo no estuviera presente:
Figura 3 Conversor AC/DC no controlado con carga resistiva
inductiva
Figura 4 Conversor AC/DC no controlado con carga resistiva
inductivaCARGA RESISTIVA-INDUCTIVA-FUENTE
Figura 5 Conversor AC/DC no controlado con carga
resistiva-inductiva-fuenteARRANCADOR SUAVELos arrancadores suaves
son equipos que contribuyen a disminuir el pico de corriente de
energa elctrica al momento de arrancar motores de grandes potencias
y/o disminuir el par de arranque en maquinaria especializada.
Dentro de la gama de arrancadores suaves se encuentran:
Arrancador Estrella-Delta: Conecta el motor en estrella al momento
del arranque y luego de varios segundos hace la conmutacin a delta.
Reduce el par de arranque en un 36% y la corriente inicial en un
40% del valor nominal del motor. Es la versin ms econmica de
arrancadores suaves. Arrancador Electrnico: Controla por medio de
microprocesadores la curva de corriente y voltaje aplicados al
motor en su aceleracin de velocidad cero a velocidad nominal. El
par de arranque estar dimensionado en forma proporcional a la curva
de corriente que sea seleccionada. Arrancador Embobinado Partido:
Similar al arrancador estrella-delta, es un sistema muy simple de
energizar parte de las bobinas del motor, reduciendo la potencia,
el par y la corriente inicial en forma directa a la fraccin de
bobina energizada. Luego de cierto tiempo ajustable, se energiza
toda la bobina entregando el motor el 100% del torque.Arrancador de
Voltaje Reducido: Se energiza inicialmente el motor con una fraccin
del voltaje nominal, por ejemplo el 70%Vn, lo cual, disminuye el
par y la corriente inicial del equipo permitiendo arranque suave de
grandes inercias.
Las ventajas de utilizar stos equipos son: Menor cobro por parte
de las empresas de distribucin de energa elctrica al registrar una
demanda inferior a la necesaria sin arrancador suave. Mayor duracin
mecnica de ejes y acoples de motores de gran potencia. Menor
desgaste por friccin en impeler de sistemas de bombeo. Menor
dimetro de conductores elctricos que alimentan a los motores de
gran potencia. En maquinaria especializada, menor destruccin de
componentes y producto al iniciar movimiento. Menor esfuerzo en
cajas reductoras de velocidad y en consecuencia, mayor vida til de
engranajes, gusanos y cojinetes.OPTOACOPLADORESLa utilizacin de
optoacopladores es una tcnica de aislamiento que aventaja a la
basada en transformadores en el menor tamao y peso de los
componentes. El principal problema de los optoacopladores reside en
su falta de linealidad. Este problema podra solucionarse mediante
la linealizacin por software, pero la adolecera de una ocupacin
grande de memoria y lentitud de funcionamiento. Las soluciones
expuestas en el aparato anterior son adecuadas en el caso de
circuitos integrados, pero su realizacin mediante componentes
discretos es ms problemtica.
Para operar con optoacopladores sobre seales analgicas suelen
convertirse estas a digitales, normalmente mediante un conversor
tensin frecuencia. Una vez la informacin analgica est en la
frecuencia o anchura de los pulsos de una seal cuadrada, puede
transmitirse mediante el optoacoplador, recuperando si es necesaria
la seal analgica original mediante la correspondiente demodulacin.
En esta situacin hay que hacer hincapi en la necesidad de disponer
de una fuente de alimentacin aislada d la salida de cadena de
medida para poder polarizar los elementos previos al
optoacoplador.
Los principales inconvenientes de los optoacopladores para
seales digitales residen en que las resistencias que presentan en
los estados de ON y OFF distan mucho de ser las ideales; en la
limitacin de corriente en estado ON; y en su baja eficiencia de
transmisin. Las ventajas se resumen en: su pequeo tamao, lo que
hace tiles para montar en tarjetas de circuito impreso: la
posibilidad de tener ganancia de corriente dependiendo del tipo de
fotoreceptor utilizado; poder soportar tensiones de aislamiento
bastantes altas (4kV); la capacidad de rechazar ruido en la
entrada, y presentar un consumo de energa bastante reducido.
Caractersticas de los optoacopladoresEl fotoacoplador permite
conseguir un buen aislamiento elctrico entre el circuito de control
y el de potencia.Este tipo de aislamiento ofrece como inconveniente
la posibilidad de disparos en las conmutaciones del interruptor de
potencia, debido a la capacidad parsita entre el LED y el
fototransistor.Otro problema se debe a la diferencia de potencial
entre las tierras del fotodiodo y del fototransistor que no debe
superar la tensin de ruptura.MATERIALES:DOS PIC 16F877A.
OSCILADORES DE 20 Hz. UN PUENTE DE DIODOS. RESISTENCIAS 3
POTENCIMETROS LCD 4 SCR TIC1064 OPTOTRIAC MOC 3020UN FOCO UN MOTOR
DCUN TRANSFORMADOR DE 110/12VAC. PROCEDIMIENTO:Implementar la parte
de control del conversor AC/DC utilizando todas las
especificaciones para su correcto funcionamiento como se muestra en
la figura 6.
Figura 6 Implementacin del circuito
Datos que se debe tomar en cuenta para la parte de control en el
conversor de media Onda con DC
Datos que se debe tomar en cuenta para la parte de control en el
conversor de onda completa
ANLISIS DE RESULTADOS:En cada circuito se realizara cambios en
los dispositivos como diodos, ubicacin de los Scr como es el caso
en el circuito del conversor AC/DC.A continuacin se muestra la
forma de ondas de voltaje y corriente en los diferentes tipos de
carga.Conversor AC/DC de media onda controlado
Figura 7 Conversor AC/DC de media onda controlado
Carga ResistivaControl de fase directo con carga resistiva
(foco) de manera simulada.
Figura 8 Formas de onda del conversor AC/DC de media onda con
carga resistiva simulada
Figura 9
Figura 10
Figura 11
Figura 12En la figura 8 se puede mostrar la forma de onda de
voltaje en la fuente (seal de color amarilla) y la forma de onda de
la corriente en la carga (seal de color verde), mismas seales son
simuladas.En las figuras 9, 10,11 y 12 se muestran las formas de
onda de voltaje en la fuente (seal verde) y la forma de onda de
corriente (seal amarilla) de manera real observadas en el
oscilocopio, mismas que se encuentran con un ngulo; por tal motivo
las seales varian.
Carga Resistiva-Inductiva
Figura 13 Formas de onda del conversor AC/DC de media onda con
carga resistiva-inductiva simulada
Figura 14
Figura 15 Figura 16 Figura 17En la figura 13 se puede mostrar la
forma de onda de voltaje en la fuente (seal de color amarilla) y la
forma de onda de la corriente en la carga (seal de color verde),
mismas seales son simuladas.En las figuras 14,15,16 y 17 se
muestran las formas de onda de voltaje en la fuente (seal celeste)
y la forma de onda de corriente (seal amarilla) de manera real
observadas en el oscilocopio, mismas que se encuentran con un
ngulo; por tal motivo las seales varian.Carga
Resistiva-Inductiva-Fuente
Figura 18 Formas de onda del conversor AC/DC de media onda con
carga resistiva-inductiva-fuente simulada
Figura 19
Figura 20
Figura 21En la figura 13 se puede mostrar la forma de onda de
voltaje en la fuente (seal de color amarilla) y la forma de onda de
la corriente en la carga (seal de color verde), mismas seales son
simuladas.En las figuras 14,15,16 y 17 se muestran las formas de
onda de voltaje en la fuente (seal celeste) y la forma de onda de
corriente (seal amarilla) de manera real observadas en el
oscilocopio, mismas que se encuentran con un ngulo; por tal motivo
las seales varian.
Conversor AC/DC de onda completa controlado sin diodo de
conmutacin
Figura 22 Conversor AC/DC onda completa sin diodo de
conmutacinConversor AC/DC de onda completa controlado con diodo de
conmutacin
Figura 23 Conversor AC/DC onda completa con diodo de
conmutacin
Carga Resistiva
Figura 24 Formas de onda del conversor AC/DC de onda completa
con carga resistiva simulada
Figura 25 Formas de onda del conversor AC/DC de onda completa
con carga resistiva 0(totalmente encendido)
En la figura 24 se puede mostrar la forma de onda de voltaje en
la fuente (seal de color amarilla), la forma de onda de la
corriente en la carga (seal de color roja) y la forma de onda de
voltaje en la carga (seal de color azul), mismas seales son
simuladas.En las figuras 25 se muestran las formas de onda de
voltaje en la carga (seal celeste) y la forma de onda de corriente
(seal amarilla) de manera real observadas en el oscilocopio, mismas
que se encuentran con un ngulo; por tal motivo las seales
varian.Carga Resistiva-Inductiva
Figura 27 Formas de onda del conversor AC/DC de onda completa
con carga resistiva-inductiva simulada
Figura 28 Formas de onda del conversor AC/DC de onda completa
con carga resistiva-inductiva 0(totalmente encendido)En la figura
27 se puede mostrar la forma de onda de voltaje en la fuente (seal
de color amarilla), la forma de onda de la corriente en la carga
(seal de color roja) y la forma de onda de voltaje en la carga
(seal de color azul), mismas seales son simuladas.En las figura 28
se muestran las formas de onda de voltaje en la carga (seal
celeste) y la forma de onda de corriente (seal amarilla) de manera
real observadas en el osciloscopio.Carga
Resistiva-Inductiva-Fuente
Figura 29 Formas de onda del conversor AC/DC de onda completa
con carga resistiva-inductiva-fuente simulada
Figura 30 Formas de onda del conversor AC/DC de onda completa
con carga resistiva-inductiva-fuente 0(totalmente encendido)En la
figura 29 se puede mostrar la forma de onda de voltaje en la fuente
(seal de color amarilla), la forma de onda de la corriente en la
carga (seal de color roja) y la forma de onda de voltaje en la
carga (seal de color azul), mismas seales son simuladas.En las
figura 30 se muestran las formas de onda de voltaje en la carga
(seal celeste) y la forma de onda de corriente (seal amarilla) de
manera real observadas en el osciloscopio.CONCLUSIONES: En el
circuito de potencia el diodo de conmutacin evita la existencia de
voltajes negativos. En la variacin del ngulo de disparo al momento
de disminuir dicho valor se logra obtener el aumento del voltaje
aplicado a la carga. La manera de funcionamiento y obtencin de la
respuesta a la salida vara dependiendo del tipo de carga,
observando que en la carga inductiva se almacena corriente donde el
SCR conduce en el semiciclo inverso a la polarizacin. Para observar
la forma de onda de corriente se coloca una resistencia de baja
potencia en serie con la carga.RECOMENDACIONES: No usar Triacs para
el control del ngulo de disparo ya que puede existir falsas
corrientes que activen el disparo del semiconductor. Al usar
optoacopladores dimensionar correctamente la corriente para que
funcione la gate de los SCRs Se debe desacoplar los equipos que se
use para realizar las mediciones de las formas de
onda.REFERENCIAS:[1]Electrnica de Potencia - Circuitos,
Dispositivos y Aplicaciones. Muhammad H. Rashid,Prentice Hall
Hispanoamericana, S.A., 1993. [2]Power Electronics. Converters,
Applications, and Design (2 edicin). N. Mohan, T. M. Undeland, W.
P. Robbins, Editorial: John Wiley & Sons,
199[3]http://docentes.uto.edu.bo/ocondoric/wp-content/uploads/TEMA_6.pdf[4]http://papeo5.260mb.net/ELECTRONICA%20DE%20POTENCIA%20(CIVIL)/Libros/TEMA-6%20EP%20(v1).pdf[5]
ODISA. Arrancadores Suaves. Disponible en
http://www.uhu.es/geyer/Congresos_nac/congresos%20nacionales/CN_2.pdf
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